W niniejszym opracowaniu staram się przedstawić możliwie prawdziwe dane na temat ścierniw niemetalowych, a zwłaszcza garnetu, w celu uwypuklenia ich przydatności techniczno- technologicznych w obróbce strumieniowo-ściernej na sucho i mokro w terenie otwartym.
Wydajność oczyszczenia powierzchni i wielkość zużycia ścierniwa zależą od wielu czynników, a w pierwszym rzędzie od:
• twardości danego ścierniwa,
• ciężaru właściwego i nasypowego ścierniwa,
• kształtu ziaren ściernych (posiadanie nieostrych krawędzi i wierzchołków),
• trwałości ścierniwa (w przypadku ponownego stosowania danego ścierniwa).
Twardsze ścierniwo posiada większą zdolność do chropowacenia powierzchni, co ma bezpośredni wpływ na większą wydajność obróbki powierzchni oraz zmniejszenie ilość ścierniwa na oczyszczenie 1 m2 powierzchni obrabianej strumieniowo-ściernie. Uwaga ta dotyczy zarówno obróbki na sucho, jak i na mokro. Przy obróbce strumieniowo-ściernej na mokro dodatkowy wzrost wydajności oczyszczania i zmniejszenia ilości zużytego ścierniwa obserwuje się dopiero podczas zastosowania ciśnienia wody powyżej 600 bar lub zastosowania silnego wspomagania sprężonym powietrzem zawiesiny wodnej ścierniwa.
Ciężar właściwy stosowanego ścierniwa, a ściślej – wielkość jego ciężaru nasypowego ma wpływ w fazie początkowej, w czasie jego transportu wewnątrz dyszy na prędkość ziarna wylatującego z dyszy zgodnie z drugim prawem Newtona, mówiącym o równości popędu i pędu punktu materialnego. Wyraża się ta prawidłowość równaniem:P · D t = m · D v
gdzie P – siła oddziaływania strumienia sprężonego powietrza na ścierniwo,
D t – czas oddziaływania tej siły,
m – masa ziarna ściernego (zależy od wielkości ziarna i jego gęstości),
D v – wzrost prędkości ziarna ściernego.
Obserwuje się tu pośrednio wpływ długości dyszy i jej kształt (korzystny dla dysz Venturiego). Ziarno opuszczające dyszę posiada energię kinetyczną EK wyrażoną wzorem:
EK = m · v2/2
Nabyta prędkość ziarna ściernego w dyszy ma jak widać największy wpływ na energię ziarna ściernego. Mniejszy wpływ natomiast ma masa ziarna. Zagadnienie to jest jednak bardziej skomplikowane, gdyż nie tylko masa, ale i kształt oraz objętość ziarna ma wpływ na wielkość przeciwdziałania oporowi powietrza stawianego ziarnu ściernemu. Dlatego śrutuje się utrzymując długość strumienia ściernego na poziomie 70 cm, a elektrokorund około 20 cm.Kształt ziaren ściernych wspomaga zdolności ziaren ściernych do chropowacenia obrabianej strumieniowo-ściernie powierzchni. Ziarna okrągłe posiadają znikomą skrawność, a więc i wydajność czyszczenia i chropowacenia powierzchni. Ziarna ścierniw posiadających ostre krawędzie ścierne i ostre wierzchołki chropowacą powierzchnię w znacznie większym stopniu niż okrągłe (o to przecież chodzi w obróbce przygotowującej powierzchnię do nakładania powłok ochronnych). Dla przykładu w wyniku zaokrąglenia śrutu ciętego z drutu jego wydajność spada około 4-krotnie po ~ 400-krotnym zawróceniu. Zakłada się, że rozbicie 50% ziaren ściernych powoduje, iż ścierniwo nie nadaje się do dalszego użytku i jest kierowane na składowisko odpadów. Trwałość ma znaczenie wtedy, gdy istnieje możliwość zbierania ścierniwa i jego ponownego użycia. Stosuje się już powszechnie na świecie urządzenia do separacji zanieczyszczeń ścierniwa w sposób okresowy lub ręczny. Zawracanie ścierniwa bez separacji zanieczyszczeń skraca prawie dwukrotnie jego żywotność. Zawracanie ścierniw wielokrotnego użytku (np. garnetu czy elektrokorundu) pozwala oczyszczać powierzchnię przy niższych kosztach niż podczas stosowania piasku i żużla pomiedziowego. Pomaga uzyskiwać znakomitą czystość obrobionej powierzchni i bardzo korzystnie ukształtować profil chropowatości, jak też szybko spłacić koszt urządzenia separującego.*
Wymagane normy dla ścierniw niemetalowych wg PN EN ISO 11126-2 do -10:Przewodność właściwa ekstraktu wodnego danego ścierniwa
< 25 mS/m
Zawartość chlorków rozpuszczalnych w ścierniwie
0,0025 % (< 25 ppm)
Wilgotność względna ścierniwa
< 0,2 %
Twardość ziaren ściernych według 10-stopniowej skali Mohs’a
> 6.
Zawarte w zestawieniu dane, jak zaznaczono w uwagach pod tabelką, zostały sprowadzone do jednakowych warunków ich stosowania, w celu pokazania rzeczywistych ich własności technicznych i technologicznych. W literaturze naukowej brak jest danych o wydajności i zużyciu takich oliwinu, stauroltu, piasku cyrkonowego, hematytu, ilmienitu, korundu naturalnego i podobnych ścierniw. Wartości podawane przez firmy sprzedające dane ścierniwo są mocno zawyżone i nie spełniają zasady, że ścierniwo twardsze, cięższe i posiadające ostrzejsze krawędzie jest wydajniejsze od innych.
Ścierniwa niemetalowe
Granat almandynowy zwany garnetem (jak korund) jest naturalny kopaliną, lecz o dużo szerszym zakresie występowania jego pokładów, co sprawia, że jest dużo tańszy (1,1 zł/kg). Gęstość granatu (~ 4,1 kg/dm3) podobna jest do elektrokorundów. Twardość garnetu (~ 7,5-8 wg Mosh’a) powoduje, iż jego skrawność niewiele ustępuje elektrokorundowi (wydajność ~ 24,1 m2/h). Granat posiada mniej ostre krawędzie, co czyni go idealnym przy obróbce powierzchni miękkich materiałów (metale lekkie) i niewymagających bardzo ostrego profilu chropowatości. Trwałość garnetu sięga 10 zawróceń, a zużycie na oczyszczenie powierzchni jest stosunkowo niewielkie (~ 15 kg/m2). Garnet dzięki twardości, czystości ziaren ściernych i dużej trwałości, podobnie jak elektrokorund, jest ścierniwem uniwersalnym. Może być stosowany do obróbki strumieniowo-ściernej praktycznie wszystkich materiałów. Garnet ponadto pozbawiony jest własności magnetycznych i co najbardziej istotne, zdolności do iskrzenia (stosowany dzięki temu do czyszczenia cystern, zbiorników, urządzeń petrochemicznych, stacji paliw, platform wydobywczych). Nie podwyższa radioaktywności ponad nawet bardzo niski poziom „tła” radioaktywnego otaczającego środowiska (fot. 1). Piasek oliwinowy (wg ISO 11126-8) to mieszanina fajalitu (Fe2SiO4) i fosferytu (Mg2SiO4), czyli ortokrzemian magnezowo-żelazowy. Jest ścierniwem o kolorze oliwkowo-zielonym, pochodzenia naturalnego o gęstości 3,25 kg/dm3, niewielkiej twardości 6,5-7 w skali Mosh’a, i średniej trwałości. Występuje w skałach magmowych w USA, Afryce, Niemczech i na Uralu. Cena jego zbliżona jest wprawdzie do ceny garnetu, lecz jego niska trwałość (1-2 zawróceń) i niższa wydajność (~ 20m2/h) oraz brak informacji o poziomie zanieczyszczeń solami rozpuszczalnymi sprawia, że ustępuje zdecydowanie garnetowi (poziom zanieczyszczeń zależy od czystości złoża i efektywności operacji płukania) (fitog. 2). Staurolit – (wg ISO 11126-9) o wzorze sumarycznym 2(Fe,Mg,Zn)O·AlOOH·4Al2O(SiO4), czyli uwodniony krzemian glinu, żelaza, magnezu i cynku o kolorze najczęściej czarnym lub brązowym i połysku szklistym. Występuje w skałach amorficznych na terenie Brazylii, USA i w Alpach. Jest on ścierniwem mineralnym, którego nazwa pochodzi od słów stauros i lithos, co oznacza kamień krzyżowy. Jego układ krystalograficzny jest jednoskośnym, o pokroju słupkowym. Występują często jako bliźniaki zrośnięte w jednej płaszczyźnie wierzchołkami pod kątem prostym. (fot. 3) Piasek cyrkonowy – nienormowany. Zawiera głównie (98,5-99% ZrSiO4) – ziarna przezroczyste, od żółcieni do czerwieni, krystalizują w układzie tetragonalnym. Posiada owalny kształt i gładką powierzchnię ziaren. Jego twardość wynosi 7,5 w skali Mohs’a; ciężar wł. 4,3-4,7 kg/dm3, a ciężar nasypowy 2,42-2,84 kg/litr. Jest wyjątkowo kruchym ścierniwem. Pył cyrkonowy zawiera >2% krystalicznej krzemionki, co dyskwalifikuje go w świetle wymagań stawianych ścierniwom i warunków BHP na stanowisku pracy, jak też norm na pyły w środowisku naturalnym. Zawiera też tlenki żelaza, co zanieczyszcza powierzchnię oczyszczaną i ogranicza jego zastosowanie do stali zwykłych. Wysoka cena oraz wysoka zawartość krzemionki i niekorzystny kształt ziaren zniechęca do jego stosowania w obróbce strumieniowo ściernej (fot. 4). Piasek kwarcowy, rzeczny i żwirki – nie są opisywane, gdyż ich stosowanie jest zakazane już od 1 maja 2004 roku. Wycofano też normę europejską na to ścierniwo. Dane technologiczne są jednak przytoczone w tabeli jako punkt odniesienia do innych ścierniw.
